JP2009297388A - 充電式掃除機 - Google Patents

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Abstract

【課題】充電時間が短く、小型・軽量で、手軽に使える充電式掃除機を提供する。
【解決手段】充放電可能な第1蓄電部20と前記第1蓄電部20を充電する第1充電手段13とからなる充電装置と、充放電可能な第2のコンデンサブロック5と前記第2のコンデンサブロック5の電力で動作する吸引モータ8を有する充電式掃除機本体1とを備え、前記第2のコンデンサブロック5は、前記第1蓄電部20の電力で充電されるもので、例えば、第2のコンデンサブロック5を急速充放電可能な電気二重層コンデンサで構成すれば、第1蓄電部20で第2のコンデンサブロック5を急速に充電できるので、充電式掃除機本体1の軽量化と小型化が図れると共に、掃除の途中でも、充電に時間を多く割くことなく手軽に使える充電式掃除機を提供することが出来る。
【選択図】図2

Description

本発明は、充放電可能な蓄電部を電力源とする充電式掃除機であって、特に蓄電部を短時間で充電する技術に関するものである。
従来のこの種の充電式掃除機は、使用の際に、電源コードを接続する手間が不要で、使いたい場所に手軽に持ち運んで使える簡便さを特徴としているものが多く、ハンディー型や小型スティック型のものは、身近な場所を短時間掃除するのに適正な容量の蓄電部を搭載することで小型・軽量な掃除機としている。しかし掃除の仕方や使用場所は使用者によって様々であり、蓄電部の電気エネルギーを使いきっても掃除を続けたい場合がある。
そのような場合、従来の充電式掃除機では、
(1)充電式掃除機本体を充電台等にセットする等して蓄電部に電気エネルギーを充電してから再び掃除を継続する。
(2)蓄電部の容量を増やす。
(3)掃除機本体内部の電池に別電池を並列接続可能な構成を備える(例えば、特許文献1参照)。
特開2007−89895号公報
しかしながら、上記従来の充電式掃除機の対応では、以下のような課題があった(下記(1)〜(3)は、上記「背景技術」欄のそれらと対応する)。
(1)蓄電部の充電には時間がかかり、掃除を中断しなければならず使い勝手が悪い。
(2)蓄電部の重量・体積が大きくなり、充電式掃除機の特徴である手軽に持ち運んで使える簡便さが犠牲になる。
(3)掃除機本体の形態が大きくなり、手軽さが犠牲になる。
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、充電時間を極めて短くできるようにすることで蓄電部の小型・軽量化(即ち充電式掃除機本体の小型・軽量化)を改善してより手軽に使える充電式掃除機を提供することを目的とする。
前記従来の課題を解決するために本発明の充電式掃除機は、充放電可能な第1蓄電部と前記第1蓄電部を充電する第1充電手段とからなる充電装置と、充放電可能な第2蓄電部と前記第2蓄電部の電力で動作する電動機手段を有する充電式掃除機本体とを備え、前記第2蓄電部は、前記第1蓄電部の電力で充電されるもので、第1蓄電部の充電は、現在の一般的な蓄電池の充電器同等に数時間程度要しても良い。しかる後、充電式掃除機本体を充電装置に接続すると、充電式掃除機本体内の第2蓄電部が充電装置内の第1蓄電部によって充電される。第1及び第2蓄電部それぞれは現在一般的に急速充放電可能な蓄電池(Ni−MH又はNi−Cd)でも良いが、好ましくは第2蓄電部をより急速充放電可能な電気二重層コンデンサで構成すれば、第1蓄電部の大電力放電能力と第2蓄電部の急速充電能力との相乗効果によって、第2蓄電部を、例えば数秒〜数十秒程度の極短時間で充電できるようになり、充電式掃除機本体1の軽量化と小型化が図れ、掃除の途中でも、充電に時間を多く割くことなく手軽に使える充電式掃除機を提供することが出来る。
本発明の充電式掃除機によれば、充電式掃除機本体内の第2蓄電部を例えば想定される実使用最小条件に合わせた容量にすることで充電式掃除機本体を小型・軽量に構成可能にできると共に、極めて短時間で第2蓄電部を充電することができるため広い範囲でも充電待ち時間を気にすることなく掃除をすることが可能な充電式掃除機を提供できる。
第1の発明は、充放電可能な第1蓄電部と前記第1蓄電部を充電する第1充電手段とからなる充電装置と、充放電可能な第2蓄電部と前記第2蓄電部の電力で動作する電動機手段を有する充電式掃除機本体とを備え、前記第2蓄電部は、前記第1蓄電部の電力で充電されるもので、第1蓄電部の充電は、現在の一般的な蓄電池の充電器同等に数時間程度要しても良い。しかる後、充電式掃除機本体を充電装置に接続すると、充電式掃除機本体内の第2蓄電部が充電装置内の第1蓄電部によって充電される。第1及び第2蓄電部それぞれは現在一般的に急速充放電可能な蓄電池(Ni−MH又はNi−Cd)でも良いが、好ましくは第2蓄電部をより急速充放電可能な電気二重層コンデンサで構成すれば、第1蓄電部の大電力放電能力と第2蓄電部の急速充電能力との相乗効果によって、第2蓄電部を、例えば数秒〜数十秒程度の極短時間で充電できるようになり、充電式掃除機本体1の軽量化と小型化が図れ、掃除の途中でも、充電に時間を多く割くことなく手軽に使える充電式掃除機を提供することが出来る。
第2の発明は、特に、第1の発明の第1蓄電部と、第1充電手段を内蔵した電源手段とを着脱自在としたもので、充電式掃除機本体に内蔵されている第2蓄電部は充電装置の第1蓄電部の電気エネルギーだけで充電可能であり、例えば使用者が掃除中に第2蓄電部の電気エネルギーを使い切ってしまった場合は第1蓄電部だけあれば第2蓄電部を短時間で充電して掃除を継続することができる。
第3の発明は、特に、第1又は第2の第1蓄電部は、複数の蓄電池を接続して一対の電極端子から電力を入出力するように構成された蓄電池ブロックを備え、第2蓄電部は複数のコンデンサを接続して一対の電極端子から電力を入出力するように構成されたコンデンサブロックを備えているもので、第2蓄電部にコンデンサブロックを備えることで充電式掃除機本体は、一般の蓄電池を使うより軽量化できると共にコンデンサの優れた充放電サイクル寿命によって長期間第2蓄電部のメンテナンスを行うこと無く充電式掃除機本体を使用することができる。また第1蓄電部をNi−MHやNi−Cd等の蓄電池ブロックとすると、第1蓄電部の電気エネルギーを第2蓄電部に充電することで第1蓄電部の電気容量は低下するが、蓄電池は電気容量が空近くなるまで定格電圧をほぼ維持する放電電圧特性を備えているため、第2蓄電部を充電する時に充電電流を流すために必要な電圧(それぞれの蓄電部間の電圧差)を確保するのに好適となる。
第4の発明は、特に、第1又は第2の発明の第1蓄電部及び第2蓄電部は、それぞれ複数のコンデンサを接続して一対の電極端子から電力を入出力するように構成された第1及び第2のコンデンサブロックを備えているもので、第2蓄電部にコンデンサブロックを備えることで充電式掃除機本体は、一般の蓄電池を使うより軽量化できると共にコンデンサの優れた充放電サイクル寿命によって長期間第2蓄電部のメンテナンスを行うこと無く充電式掃除機本体を使用することができる。また第1蓄電部に同じくコンデンサブロックを備えることで第1蓄電部の軽量化ができるため、充電装置から取り外して持ち運びする場合の労力を低減できると共にコンデンサの優れた充放電サイクル寿命によって長期間第1蓄電部のメンテナンスを行うこと無く充電装置(充電式掃除機)を使用することができる。
第5の発明は、特に、第4の発明の第1及び第2のコンデンサブロックそれぞれの定格電圧V1及びV2をV1≒V2とし、それぞれの静電容量定格C1及びC2を、C1≫C2としたもので、V1とV2を略同一とすることで、第1のコンデンサブロックで第2のコンデンサブロックを直接充電する場合に第2のコンデンサブロックへの過電圧印加による特性劣化等を防止するための回路等を合理化できる。更に、C1≫C2とすることで、充電装置から取り外した満充電の第1のコンデンサブロックを持っていれば第2のコンデンサブロックを極短時間で繰り返し充電しながら充電式掃除機本体を長時間使用できる。
第6の発明は、特に、第1〜第5のいずれか一つの発明の第1蓄電部による第2蓄電部への充電状態を表示する表示手段を備えたもので、使用者が、第2の蓄電部が充電中なのか、充電を終えたのかが容易に識別できるので、時間をロスすることなく、掃除作業を再開することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。
(実施の形態1)
以下、本発明の第1の実施の形態における充電式掃除機を、図1〜4を参照しながら説明する。図1は、本実施の形態における充電式掃除機の外観図、図2は同充電式掃除機の回路構成ブロック図である。
充電式掃除機本体1は、吸引風を発生する電動機手段である吸引モータ8と、同じく電動機手段である回転ブラシモータ7によって回転駆動され、床面上の塵埃を掻き揚げる回転ブラシ(図示せず)を備えた吸込み口2と、使用者が充電式掃除機本体1を操作するためのハンドル3等から構成され、使用者がスイッチ6をONすると、内蔵された第2蓄電部である第2のコンデンサブロック5に蓄えられている電力が前記吸引モータ8と、回転ブラシモータ7へ供給され、床面清掃可能に運転開始する。因みに、前記第2のコンデンサブロック5は、複数のコンデンサを接続して一対の電極端子から電力を入出力するように構成されたコンデンサブロックを備え、かつ静電容量の極めて大きい電気二重層コンデンサで構成している。
50は、充電掃除機本体1内の第2のコンデンサブロック5を充電するための充電装置で、充電の際に、充電掃除機本体1が載置される第1蓄電部20と、第1蓄電部20に電源を供給する電源手段10から構成され、第1蓄電部20は、複数の蓄電池を接続して一対の電極端子から電力を入出力するように構成されると共に、電源手段10からの充電電力で充電される蓄電池ブロック24と、前記蓄電池ブロック24に蓄えられている電力で充電式掃除機本体1に内蔵されている第2のコンデンサブロック5を充電する制御手段25等を内蔵している。制御手段25は、電流検知手段26の両端電圧Vdを観測して、第2コンデンサブロック5への充電電流を制御すると共に充電中である旨を表示手段22に表示する。
電源手段10は、第1充電手段13を内蔵し、電源コード11から供給される商用電源電力から蓄電池ブロック24の充電電力を出力するものである。
図1で明らかなように、電源手段10と第1蓄電部20とは、電源手段10側のDCプラグ12と、第1蓄電部20側のDCジャック23とで電気的(充電可能)及び機械的に着脱可能であり、第1蓄電部20と充電式掃除機本体1とは、第1蓄電部20に設けた充電装置側充電端子21と本体側充電端子4とで電気的(充電可能)及び機械的に着脱可能としている。ところで、蓄電池ブロック24の定格電圧は、第2のコンデンサブロック5の定格電圧と略等しく設計されている。
以上のように構成された本実施の形態における充電式掃除機の作用・動作を、図3と4を用いて説明する。
まず充電式掃除機本体1の運転動作について説明する。第2のコンデンサブロック5(以下「C2」と呼ぶ)がその定格電圧に充電されている(図6の(i)に示す電圧:Vm)状態でスイッチ6をONにすると、吸引モータ8及び回転ブラシモータ7は、C2と電気的に閉路されてC2に蓄えられている電力で運転される。吸引モータ8及び回転ブラシモータ7の電力消費は、抵抗負荷(Rm:吸引モータ8及び回転ブラシモータ7の合成等価抵抗値)同様の特性となるため、C2の電圧は、図6V2に示すように運転時間に伴って低下する。電圧V2が低下すると、吸引モータ8及び回転ブラシモータ7の性能も低下するため掃除性能も低下するので、性能確保限界の電圧がおのずと決まる(図6の(ii)の電圧:Ve)。充電式掃除機本体1の運転時間td(図6の(iii)と(iv)の間の時間)は、C2の静電容量Cbとすると、
td≒−Cb*Rm*(Ve/Vm)
となる。
Cbを大きくすることで、充電式掃除機本体1の運転時間を長くできることは説明するまでも無い。又、第2のコンデンサブロック5の内部抵抗も上記運転時間tdに影響するが、極めて小さくできることからほぼ無視できることは言うまでも無い。
次に、充電式掃除機本体1の運転終了後の充電動作について説明する。充電式掃除機本体1を充電装置50に接続(本体側充電端子4と充電装置側充電端子21とを接続)すると、図4に示すように蓄電池ブロック24からC2に充電電流が流れる。蓄電池ブロック24の電圧V1BまでC2を充電するための時間tcは、電流検知手段26(以下Rと呼ぶ)の抵抗値をRcとすると、
tc≒Cb*Rc*In(V1B/Ve)
となる。
ここで、C2の充電に伴って、蓄電池ブロック24の電圧は、図4のV1B−1に示すとおり変化(低下)することは言うまでも無いが、蓄電池ブロック24の容量をC2の静電容量に対して大きくしておくことで、電圧低下を極めて少なくできると共に繰り返し充電しても、充電式掃除機本体1の運転時間への影響を少なくできることは容易に理解できよう。また、Rcを小さくすることで充電時間が短くなり、本発明の狙いとする極めて短時間での充電性能向上につながるが、蓄電池ブロック24と第2のコンデンサブロック5の内部抵抗も無視できない大きさになる場合が多く、制御手段25のVd検知性能・精度も考慮しつつ設計する必要があることは言うまでも無い。
充電式掃除機本体1の運転と充電を繰り返し行えば、蓄電池ブロック24の電圧も多かれ少なかれ図4の1)から2)(繰り返し充電したために蓄電池ブロック24の電圧が低下している)へ低下し、それに伴ってC2のVmも、図4の3)から4)に低下していく。
またこの充電中の充電電流Iの変化の様子は、図4のI−1又はI−2のようになる。第2のコンデンサブロック5の電圧がVeに近い場合は、V1BとV2との電圧差が大きいためRの両端に発生する電圧Vdは大きく、充電が進むにつれてV1BとV2との電圧差が小さくなると、Rの両端に発生する電圧Vdも小さくなる(その様子は、図4のI−1(又はI−2)に示す)。制御手段25は、前記Vdが所定の電圧(すなわち所定の充電電流Ie)以上の場合に、表示手段22を点灯駆動し、Vdが所定の電圧以下の場合は消灯駆動するように制御することで、使用者は、第2のコンデンサブロック5の充電状態を容易に識別することが出来る。
ところで、吸込み性能・ゴミ取れ性能に大きく関わる吸引モータ8及び回転ブラシモータ7の運転特性は、供給される電圧(すなわち消費電力)と直接的に関係するため、本実施の形態における充電式掃除機本体1の第2のコンデンサブロック5からの電力供給方法には改善の余地がある。
その改善例を図5に示す。同図に示すように、第2のコンデンサブロック5の出力電圧を電圧変換手段9で一定電圧に変換して、吸引モータ8及び回転ブラシモータ7へ出力すると良い。この場合、電圧変換手段9が出力する規定の一定電圧に最適な吸引モータ8及び回転ブラシモータ7の巻線仕様を設定すれば良いことは言うまでも無い。
以上説明してきたように、本実施の形態によれば、以下のような効果が得られるものである。
1)充電装置50を、電源手段10と第1蓄電部20とに分離可能に構成することで比較的重量・サイズの大きい電源手段10を外した状態で第1蓄電部20を容易に持ち運ぶことができる。
2)充電式掃除機本体1内の電力供給源を、第2のコンデンサブロック5で構成することで、充電式掃除機本体1の軽量化が可能となり、持ち運び時の疲労感低減と使い勝手向上が図れる。
3)第2のコンデンサブロック5の充電は、持ち運び容易な第1充電手段13からできるため、充電式掃除機本体1内の電力源が減ればどこでも容易に再充電して使うことができる。更には第2のコンデンサブロック5は超急速充電が可能であり、蓄電池ブロック24は大電流放電可能な二次電池とすることで、超短時間での再充電が可能となり、充電式掃除機の充電時間の長さに関わる煩わしさを排除できる。
4)蓄電池ブロック24の満充電時の充電定格と、第2のコンデンサブロック5との定格電圧を略同一とすれば、第2のコンデンサブロック5充電時の過電圧に関わる保護回路が不要となり、第1蓄電部20又は第2のコンデンサブロック5の周辺回路の構成を合理化できる、等優れた効果を奏することは説明するまでも無い。
(実施の形態2)
図6は、本発明の第2の実施の形態における充電式掃除機の回路構成ブロック図、図7は、同充電式掃除機の第2のコンデンサブロック充電時の動作特性図である。尚、上記第1の実施の形態における充電式掃除機と同一要素については、同一符号を付与してその説明を省略する。
本実施の形態における充電式掃除機では、上記実施の形態1の蓄電池ブロック24を第1のコンデンサブロック27に変更し、第1のコンデンサブロック27の定格電圧を、第2のコンデンサブロック5と略同一にすると共に、第1のコンデンサブロック27の静電容量を、第2のコンデンサブロック5のものに対して充分大きくしたもので、他の構成は、上記第1の実施の形態における充電式掃除機と同一である。
以上のように構成された本実施の形態における充電式掃除機の作用・動作について、特に、上記実施の形態1との違いを図7を用いて説明する。
まず充電式掃除機本体1の運転動作については実施の形態1と同一であるため省略する。次に、充電式掃除機本体1の運転終了後の充電動作について説明する。充電式掃除機本体1を、充電装置50に接続(本体側充電端子4と充電装置側充電端子21とを接続)すると、図7に示すように、第1のコンデンサブロック27からC2に充電電流Iが流れる。第1のコンデンサブロック27の電圧V1CまでC2を充電するための時間tcは、電流検知手段26(以下Rと呼ぶ)の抵抗値をRcとすると、
tc≒Cb*Rc*In(V1B/Ve)
となる。
ここで、C2の充電に伴って、第1のコンデンサブロック27の電圧は、図7のV1C−1に示すとおり変化(低下)することは言うまでも無いが、第1のコンデンサブロック27の静電容量をC2の静電容量に対して大きくしておくことで、電圧低下を極めて少なくできると共に、繰り返し充電しても、充電式掃除機本体1の充電容量低下に伴う運転時間への影響を少なくできることは容易に理解できよう。
また、Rcを小さくすることで充電時間が短くなり、本発明の狙いとする極めて短時間での充電性能向上につながるが、第1のコンデンサ27と第2のコンデンサブロック5の内部抵抗も無視できない大きさになる場合が多く、制御手段25のVd検知性能・精度も考慮しつつ設計する必要があることは言うまでも無い。
充電式掃除機本体1の運転と充電を繰り返し行えば、第1のコンデンサブロック27の電圧も多かれ少なかれ図7の5)から6)(繰り返し充電したために第1のコンデンサブロック27の電圧が低下している)へ低下し、それに伴ってC2のVmも、図7の7)から8)に低下していく。
また、この充電中の充電電流Iの変化の様子は、図7のI−3又はI−4のようになる。第2のコンデンサブロック5の電圧がVeに近い場合は、V1CとV2との電圧差が大きいためRの両端に発生する電圧Vdは大きく、充電が進むにつれてV1CとV2との電圧差が小さくなると、Rの両端に発生する電圧Vdも小さくなる(その様子は、図7のI−3(又はI−4)に示す)。制御手段25は、前記Vdが所定の電圧(すなわち所定の充電電流Ie)以上の場合に、表示手段22を点灯駆動し、Vdが所定の電圧以下の場合は消灯駆動するように制御することで、第2のコンデンサブロック5の充電状態が分かる。
以上説明してきたように、本実施の形態によれば、以下のような効果が得られるものである。
1)充電装置50を、電源手段10と第1蓄電部20とに分離可能に構成しているので、比較的重量・サイズの大きい電源手段10を外した状態で、第1蓄電部20を持ち運ぶことが出来る。
2)充電式掃除機本体1内の電力供給源を、第2のコンデンサブロック5で構成することで、電気掃除機本体の軽量化が可能となり、持ち運び時の疲労感の低減と使い勝手向上が図れる。
3)第2のコンデンサブロック5の充電は、持ち運び容易な第1充電手段13からできるため、充電式掃除機本体1内の電力源が減れば、どこででも容易に再充電して使うことができる。更には第2のコンデンサブロック5は、超急速充電が可能であり、第1のコンデンサブロック27も同じく大電流放電可能な電気二重相コンデンサで構成することで超短時間での再充電が可能となり、充電式掃除機の充電時間の長さに関わる煩わしさを排除できる。
4)第1のコンデンサブロック27の満充電時の充電定格と第2のコンデンサブロック5との定格電圧を略同一にすることで、第2のコンデンサブロック5の充電時の過電圧に関わる保護回路が不要となり、第1のコンデンサブロック27又は第2コンデンサブロック5の周辺回路構成を合理化できる、等優れた効果を奏することは説明するまでも無い。
以上のように本発明に係る充電式掃除機は、蓄電部の小型・軽量化が改善され、手軽に使用できるもので、家庭用小型充電式掃除機や充電式携帯型電気機器の更なる小型化に有用な技術である。
本発明の第1の実施の形態における充電式掃除機の外観図 同充電式掃除機の回路構成ブロック図 同充電式掃除機の第2のコンデンサブロック充電時の動作特性図 同充電式掃除機の運転中の第2のコンデンサブロックの動作特性図 同充電式掃除機の他の例を示す回路構成ブロック図 本発明の第2の実施の形態における充電式掃除機の回路構成ブロック図 同充電式掃除機の第2のコンデンサブロック充電時の動作特性図
符号の説明
1 充電式掃除機本体
2 吸込み口
3 ハンドル
4 本体側充電端子
5 第2のコンデンサブロック(第2蓄電部)
6 スイッチ
7 回転ブラシモータ(電動機手段)
8 吸引モータ(電動機手段)
9 電圧変換手段
10 電源手段
11 電源コード(商用電源)
12 DCプラグ
13 第1充電手段
20 第1蓄電部
21 充電装置側充電端子
22 表示手段
23 DCジャック
24 蓄電池ブロック
25 制御手段
26 電流検知手段
27 第1のコンデンサブロック
50 充電装置

Claims (6)

  1. 充放電可能な第1蓄電部と前記第1蓄電部を充電する第1充電手段とからなる充電装置と、充放電可能な第2蓄電部と前記第2蓄電部の電力で動作する電動機手段を有する充電式掃除機本体とを備え、前記第2蓄電部は、前記第1蓄電部の電力で充電されることを特徴とする充電式掃除機。
  2. 第1蓄電部と、第1充電手段を内蔵した電源手段とを着脱自在とした請求項1に記載の充電式掃除機。
  3. 第1蓄電部は、複数の蓄電池を接続して一対の電極端子から電力を入出力するように構成された蓄電池ブロックを備え、第2蓄電部は複数のコンデンサを接続して一対の電極端子から電力を入出力するように構成されたコンデンサブロックを備えていることを特徴とする請求項1又は2に記載の充電式掃除機。
  4. 第1蓄電部及び第2蓄電部は、それぞれ複数のコンデンサを接続して一対の電極端子から電力を入出力するように構成された第1及び第2のコンデンサブロックを備えていることを特徴とする請求項1又は2に記載の充電式掃除機。
  5. 第1及び第2のコンデンサブロックそれぞれの定格電圧V1及びV2をV1≒V2とし、それぞれの静電容量定格C1及びC2を、C1≫C2とした請求項4に記載の充電式掃除機。
  6. 第1蓄電部による第2蓄電部への充電状態を表示する表示手段を備えた請求項1〜5のいずれか1項に記載の充電式掃除機。
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